Nonisothermal hydrobiogeochemical models in porous media

[Resumen] En esta tesis se presenta una formulacion matematica y numerica para el flujo de agua, el transporte de calor y de solutos considerando de forma general el papel acoplado de los procesos geoquimicos y microbiologicos, Se propone un nuevo termino, HIDROBIOGEOQUIMICA, que hace referencia al estudio acoplado de procesos Hidrodinamicos, Biologicos y Geoquimicos en medios porosos. Se presenta primeramente una revision sistematica del estado de la cuestion sobre hidrogeologia, hidrogeoquimica e hidrogeoquimica cuantitativa. Esta revision incluye ademas los codigos y modelos biogeoquimicos de transporte reactivo. En el marco de esta tesis doctoral se ha desarrollado un nuevo codigo, BIO-CORE 2D C. Las mejoras numericas incluidas en BIO-CORE 2d C incluyen: 1) la implementacion de un algoritmo de primero orden implicito para la iteracion secuencial (SIA-1) que no solo mejora la eficiencia de algoritmo clasico SIA sino que ademas es incondicionalmente estable, 2) un sofisticado algoritmo para el calculo optimo del intervalo de tiempo que permite soslayar las limitaciones del esquema utilizado por CORE-LE-2D(Samper et al., 1998). BIO-CORE 2D C ha sido verificado de forma detallada mediante la comparacion con soluciones analiticas existentes y casos de prueba publicados. El potencial de los modelos matematicos y numericos desarrollados en esta tesis se ilustra mediante la aplicación a tres casos reales. El primero de ellos consiste en la modelizacion de ensayos de desnitrificacion en el ambito de la bioingenieria de extraccion de amonio tanto a escala de laboratorio como a la de un prototipo industrial. En el segundo caso BIO-CORE 2DC se ha utilizado para modelizar el experimento CERBERUS realizado en el laboratorio subterraneo de Mol (Belgica) para estudiar el efecto del calor y de la radiacion sobre la arcilla de Boom y evaluar su idoneidad como barrera geologia de un almacenamiento de residuos radioactivos de media y alta actividad. BIO-CORE 2DC